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D类音频功放中数字脉宽调制器的研究与设计

刘宁  
【摘要】:本论文来源于西安电子科技大学电路CAD研究所科研项目“高性能双声道D类音频功率放大器关键技术研究与系统集成”,在对D类音频功放原理深入研究和理解的基础上,结合数字音频处理技术,完成了D类音频功放中数字脉宽调制器的设计。以全数字方式实现了数字音频信号到脉宽调制信号的转换,避免了D类音频功放对数字音频信号放大时高精度DAC的引入。在保证D类音频功放性能的情况下显著降低设计难度和开发成本。 本论文首先对各类音频功放的工作原理和特性进行简要阐述。随后对数字音频处理相关技术进行深入分析和讨论,在此基础上完成数字脉宽调制器的系统定义和模块划分,并使用Verilog语言完成各子模块的寄存器传输级设计。该数字脉宽调制器工作于98.304MHz的时钟频率下,内部集成高效采样率转换器,实现输入数字音频信号的16倍上采样转化,并使用sigma-delta调制器进行噪声整形将量化噪声功率转移到音频带宽外,随后采用双边采样和三值逻辑调制技术产生脉宽调制信号,实现设计目标。此外在某2.5V0.25μm标准数字单元库的支持下,使用相应EDA工具完成设计的逻辑综合、静态时序分析和版图设计,实现RTL到GDS的转换。 本设计采用ModelSim-Matlab和Spectre-Verilog两种不同的仿真验证方案,保证仿真结果准确性和高验证覆盖率。验证结果表明,本设计的各项功能和指标均符合设计要求实现预期目标。


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